JPH1126052A - 厚さ方向導電シート及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属粒子や、金属皮膜した樹脂粒子を分散さ
せた異方導電シートは、微小粒子の点接触による導通抵
抗が大きい。絶縁性フィルムにレーザー穴開けし、メッ
キによって電極を作製した異方導電シートでは、レーザ
ー加工のコストが高く、メッキによる電極の高さばらつ
きが大きいという問題点がある。 【解決手段】 絶縁性シートの片面または両面の表面に
接続用端子を配列形成し、被接続体に加熱圧着するとと
もに、接続用端子を絶縁性シート内部に沈み込ませるこ
とによって導通接続と接着を同時に行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子や電気
・電子部品の複数の電極端子を一括して同時に電気的に
接続することのできる厚さ方向導電シートに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年の電子機器の高機能化並びに軽薄短
小化の要求に伴い、電子部品の高密度集積化さらには高
密度実装化が進んできている。これらの電子機器に使用
される半導体パッケージは小型化かつ多ピン化してきて
おり、また、半導体パッケージを含めた電子部品を実装
する実装用基板も小型化してきている。さらには電子機
器への収納性を高めるためリジット基板とフレキシブル
基板を積層し一体化して折り曲げを可能としたリジット
フレックス基板が実装用基板として使われるようになっ
てきている。

【０００３】半導体パッケージはその小型化に伴って、
従来のようなリードフレームを使用した形態のパッケー
ジでは小型化に限界がきているため、最近では回路基板
上にチップを実装したものとしてＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇ
ｒｉｄ Ａｒｒａｙ）やＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌｅ
Ｐａｃｋａｇｅ）といったエリア実装型の新しいパッ
ケージ方式が提案されている。これらの半導体パッケー
ジにおいて、半導体チップの電極と従来型半導体パッケ
ージのリードフレームの機能を有する半導体パッケージ
用基板と呼ばれるプラスチックやセラミックス等各種材
料を使って構成されるサブストレートの端子との電気的
接続方法として、ワイヤーボンディング方式やＴＡＢ
（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）方
式、さらにはＦＣ（Ｆｒｉｐ Ｃｈｉｐ）方式などが知
られているが、最近では半導体パッケージの小型化に有
利なＦＣ接続方式を用いたＢＧＡやＣＳＰの構造が盛ん
に提案されている。このＦＣ接続方式は、一般に、半導
体チップの電極にあらかじめ接続用バンプを形成してお
き、このバンプとサブストレート上の端子を位置合わせ
して熱圧着により接続するが、半導体チップの電極にバ
ンプを形成する工程が複雑でバンプ製造コストがかか
り、また、バンプ接続部分の耐湿信頼性を得るためチッ
プとサブストレートとの間隙に、アンダーフィルと呼ば
れる樹脂を充填して接続部分を封止する必要があり、こ
のアンダーフィル樹脂を充填し硬化させる工程が必要と
なるため製造工程が複雑で製造コストが高くなる問題が
ある。そこで、半導体チップとサブストレートの電気的
接続に、バンプに代わる接続材料として異方導電シート
を使用する方法が着目され検討されている。

【０００４】一方、実装用基板も小型化の必要から回路
のファイン化と多層化が進んでおり、特に多層化におけ
る層間接続回路のファイン化が実装用基板の小型化のた
めに重要な要素となってきている。従来から知られてい
る貫通ビアで層間接続を行う多層板は、ドリル径の限界
や貫通ビアであるために各層の配線設計に制約が多く基
板の小型化は限界となっている。そこで、最近では、コ
ア基板の上に絶縁樹脂層を形成し、これに回路及びビア
形成を繰り返し行い積層して多層板を得るビルドアップ
方式が注目され様々な提案がなされている。このビルド
アップ方式は、レーザ法またはフォトリソ法による微小
穴形成とメッキによる導体形成でファインでかつ各層独
立した層間接続回路を得られるので高密度配線多層板が
実現でき、実装用基板の小型化に有利である。しかしな
がら、この方式は１層を形成する一連の工程を繰り返し
て多層化を行うため、層数に比例して加工工数が増大す
るとともに歩留まりが低下するといった問題により製造
コストが高くなってしまう欠点がある。そこで、製造コ
ストを押さえた高密度配線多層板の製造方法として、層
間接続材料に異方導電シートを使用し、これと両面板と
の積層で多層板を得る方法が提案され検討されている。

【０００５】また最近、実装用基板の形態として盛んに
採用されているリジットフレックス基板においても、従
来の貫通ビアによるリジット基板とフレキシブル基板の
層間接続方法が、多層板の層間接続の場合と同様に、基
板の小型化の妨げとなってきており、ここでも層間接続
材料に異方導電シートを使用することにより、高密度配
線化を可能として基板の小型化を図る試みがなされてい
る。

【０００６】上記のように異方導電シートを厚さ方向の
電気的接続材料として用いることは、半導体パッケージ
や実装用基板の小型化に有効な手段として益々注目され
てきており、以下のような異方導電シートが提案されて
いる。

【０００７】従来より、熱可塑性や熱硬化性の樹脂中に
導電性の微粒子を分散させ、熱圧着時に樹脂が流動して
接続端子間に挟まれた導電性の微粒子によって厚さ方向
の電気的接続を得る異方導電シートがよく知られてお
り、液晶ディスプレイパネルとＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａ
ｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）の電気的接続などに使用
されている。前記構造の異方導電シートは樹脂に導電性
微粒子を分散させるといった比較的簡単な工程で製造で
きることを特徴としている。また最近では、樹脂フィル
ムにドリルやレーザによって微小な貫通穴を明け、その
後メッキや導電性ペースト印刷などの方法により、貫通
穴内部を導電体で充填し、さらに樹脂フィルムの表面に
接着層を形成した構造であって、熱圧着時に接着層が流
動し導電体が露出して接続端子間に挟まれた導電体によ
って厚さ方向の電気的接続を得る異方導電シートが提案
されている。前記構造の異方導電シートは導電体をシー
ト面内の任意の位置に配置できることを特徴としてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようにして得られる異方導電シートには次の様な問題が
ある。まず、熱可塑性や熱硬化性の樹脂中に導電性微粒
子を分散させた構造のものは、電気的接続を電極と端子
間に確率的に存在する導電性微粒子によって得ているた
め、端子が狭ピッチになるに従い、導電性微粒子をより
微小により多く分散させる必要があり、これにより、微
粒子密度が高まり微粒子間距離が狭まるため電気的絶縁
性が低下する問題と、微粒子と端子との接続面積が小さ
くなるため接続抵抗が上昇する問題がある。また、前記
構造の異方導電シートはシート面内で接続点を任意に選
べないため、多層板の層間接続に使用する場合などは、
あらかじめ接続する端子以外の回路を絶縁樹脂で被覆し
て、さらに導通させるべき部分のみが圧力を受ける構造
としなければならず、実際には多層板の全面に前記構造
の異方導電シートを配して導通を図ることは困難であ
る。

【０００９】次に、樹脂フィルムにドリルやレーザによ
って微小な貫通穴を明け、その後メッキや導電性ペース
ト印刷などの方法により貫通穴内部を導電体で充填し、
さらに樹脂フィルムの表面に接着層を形成した構造のも
のは、端子が狭ピッチになるに従い、高位置精度での微
小な穴あけ加工が必要となり、レーザによる穴明け加工
が主流となってくるが、レーザは加工速度が遅く生産性
が低い上、ランニングコストも高いといった問題があ
る。また、微小穴への導電体形成は、一般に、メッキで
行われるが、穴径が小さくなるほど均一なメッキが難し
く、導電体の高さにバラツキを生じ易く、端子接続時に
電気的接続が出来ないといった品質低下の問題がある。
また、加工工程が多くコストが高い。

【００１０】そこで本発明は、従来の異方導電シートが
有する上記の問題を鑑みて、鋭意研究をした結果なされ
たものであり、半導体チップとサブストレートとの接続
や多層板の層間接続などの厚さ方向の電気的かつ機械的
接続を用途とした、端子の狭ピッチ化にも電気的接続を
確実に行うとともに隣接する端子との電気的絶縁性も有
し、かつ低加工コストで製造できる厚さ方向導電シート
を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の厚さ方向導電シートでは、接着性を持つ
絶縁性シートの表面に、導体からなる端子が配列されて
おり、被接続体との加熱圧着時に、該絶縁性シートが軟
化することによって、上記の導体が該絶縁性シートの内
部に反対面に達するまで沈み込み、該絶縁性シートの反
対面との導通が得られると同時に被接続体との接着が行
われることを特徴としている。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は本発明の厚さ方向導電シー
トの断面図の例である。図１では、被接続体との加熱圧
着を行う前の厚さ方向導電シートの断面構造が示されて
いる。

【００１３】図１において、接着性を持つ絶縁性シート
の片方の表面には導体からなる端子が配列されている。
被接続体との熱圧着時に絶縁シートを構成している樹脂
が軟化することによって、表面に配列された、導体から
なる端子が該絶縁性シートに沈み込み、絶縁性シートの
反対面にまで到達することによって表裏を導通させるこ
とが可能となる。被接続体との熱圧着時には、絶縁性シ
ートの表面に配列された端子と、被接続体の電気端子と
を位置あわせして圧着を行う。熱圧着によって、端子の
電気接続が行われるとともに、電気端子のない部分の被
接続体表面と絶縁性シートとの接着も同時に行われる。

【００１４】本発明の厚さ方向導電シートで接続される
被接続体としては、半導体素子とリードフレーム、半導
体素子とサブストレート、半導体パッケージと実装用基
板回、表面実装に使用されるチップ部品と実装用基板、
実装用基板と実装用基板、実装用基板とフレキシブル基
板など、厚さ方向に電気的接続を行うものに広く使用で
きるが、微細な接続が可能なことから、半導体素子とサ
ブストレートの電気的接続に使用すると特に有用であ
る。

【００１５】本発明の厚さ方向導電シートの導体端子
は、図１の様に絶縁性シートの片方の面のみに偏在して
配列してもよいし、図２の様に絶縁性シートの両方の面
に対向するように配列しても良い。図２の構造にした場
合、熱圧着時に絶縁性シートの両側からこの導体端子が
沈み込むため、この導体端子の高さは、絶縁性シートの
厚みの半分の高さであれば、表裏の導通を得ることがで
きる。このような構成では、表裏に配列する導体端子の
位置を正確に合わせる必要があるが、導体端子の高さ
が、片面に配列する場合に比べて低くてもよいため、導
体端子の形成が容易になる。図３は、本発明の導体端子
を絶縁性シートの両面に、相対向しないように配列した
例をしめす。図３の構造にした場合、絶縁性シートの片
面にすべての接続用端子を配列した場合よりも各接続用
の導体端子間の距離が広くとれるため、より狭ピッチの
被接続端子ピッチにも対応できる。

【００１６】絶縁性シートとしては、熱可塑性樹脂およ
び／または熱硬化性樹脂からなる接着性を有する樹脂が
使用される。具体的には、エポキシ系樹脂、ポリアミド
系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂、マレ
イミド系樹脂、フッ素系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリス
チレン系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、合
成ゴム系樹脂などの樹脂を、１種または、複数種混合し
て用いることができる。また、これらの接着剤に、硬化
剤や、着色料、無機充填材、各種のカップリング剤など
を添加しても良い。

【００１７】導体端子を形成する方法としては、絶縁性
シートの表面にマスクをかけてメッキによって形成する
方法、あらかじめ絶縁性シートと金属箔をラミネートし
ておき、この金属箔をエッチングして形成する方法、金
属箔上に絶縁性樹脂を流延塗布後乾燥製膜して得られた
構成物の金属箔をエッチングして形成する方法などを用
いることができる。前記金属箔には、通常、圧延銅箔や
電解銅箔が使われるがこれらに限るものではない。導体
端子は任意のピッチで格子状に配列する場合と、被接続
体の端子と対応するように位置を合わせて配列する場合
があり、目的に応じて選択することができる。また、導
体端子の高さは、使用する絶縁性シートの厚みの０．７
〜１．５倍の高さが好ましい。高さが絶縁性シートの
０．７倍よりも低いと、加熱圧着時に導体端子が絶縁用
シートの裏面にまで達せず、表裏の導通を得ることがで
きない。また、１．５倍よりも高いと、加熱圧着した時
に導体端子が柱となり被接続体と絶縁性シートに間隙が
でき接着させることができず電気的信頼性が落ちる。導
体端子は電気的接合をより高める目的でその表面に第２
の導体層を形成することもできる。その方法としては、
例えば電解メッキや無電解メッキなどが用いられ、導体
には、例えば金、錫、鉛、インジウムなどの金属が用い
ることができる。

【００１８】本発明の厚さ方向導電シートを用いて、被
接続体を接続する方法は、まず本発明の厚さ方向導電シ
ートの導体端子と、被接続体の端子とを位置合わせして
重ね合わせ、次に、加熱圧着して導体端子を絶縁性シー
トの内部に沈み込ませる。そして、導体端子が絶縁性シ
ートを貫通すると同時に、被接続体の端子と導体端子が
熱圧着により接合し、絶縁性シートと被接続体が接着さ
れる。加熱圧着時の温度は、絶縁性シートが充分に軟化
して表面に形成した導体端子が圧着時の圧力で、絶縁性
シートの内部に沈み込むような温度で行う。この温度は
使用する絶縁性シートの材質によって異なる。

【００１９】

【実施例】

（実施例１）ガラス転移温度が１５０度の熱可塑性のポ
リイミド樹脂からなる２０μｍ厚絶縁性シートと、１８
μｍ厚の圧延銅箔とをラミネートして銅箔付きポリイミ
ドシートを得た。被着体として回路面の周辺に外部接続
用の電極を持った半導体素子と、半導体素子の電極に対
応する位置に接続端子をもうけたサブストレートを準備
した。前記銅箔付きポリイミドシートの銅箔面にドライ
フィルムレジストをラミネートし、マスク露光、ドライ
フィルム現像、エッチング及びドライフィルム剥離の工
程により、半導体素子の電極に対応する位置に導体端子
を形成した厚さ方向導電シートを得た。厚さ方向導電シ
ートの導体端子と、半導体素子の電極、およびサブスト
レート上の対応する端子とを、各々の電極端子位置を合
わせて重ね合わせた後に、半導体素子面からヒートブロ
ックで２５０度に加熱しながら１０kgf／cm²の圧力で加
圧して、導体端子が絶縁性シートの反対面に達するまで
内部に沈めた。絶縁性シートの反対面にまで到達した導
体端子は、半導体素子の電極及びサブストレートの接続
端子と接合され電気導通が得られた。また、半導体素子
の表面とサブストレートの表面の各々は、絶縁性シート
が軟化して接着することによって固定された。

【００２０】（実施例２）１８μｍ厚の圧延銅箔上に、
ガラス転移温度が１７０度の熱可塑性のポリイミド樹脂
溶液を流延塗布後乾燥させて、１５μｍ厚の絶縁層性シ
ートを形成し、銅箔付きポリイミドシートを得た。被着
体として周辺に外部接続用の電極を持った半導体素子
と、半導体素子の電極に対応する位置に接続端子をもう
けたサブストレートを準備した。前記の銅箔付きポリイ
ミドシートの銅箔面にドライフィルムレジストをラミネ
ートし、マスク露光、ドライフィルム現像、エッチン
グ、ドライフィルム剥離及び無電解金メッキの工程によ
り、半導体素子の電極に対応する位置に導体端子を形成
した厚さ方向導電シートを得た。この厚さ方向導電シー
トの導体端子と、半導体素子の電極、およびサブストレ
ート上の対応する接続端子とを、各々の電極端子位置を
合わせて重ね合わせた。次に半導体素子面からヒートブ
ロックで２８０度に加熱しながら１０kgf／cm²の圧力で
加圧して、絶縁性シートの反対面にまで到達した導体端
子は、半導体素子の電極及びサブストレートの接続端子
と接合し電気導通が得られた。また、半導体素子の表面
とサブストレートの表面の各々は、絶縁性シートが軟化
して接着することによって強固に固定された。

【００２１】（実施例３）ガラス転移点温度が１７０度
の熱可塑性のポリイミド樹脂からなる２５μｍ厚絶縁性
シートの両面に、真空スパッタリングにより２μｍ厚の
銅薄膜層を形成し銅付きポリイミドシートを得た。被着
体として周辺に外部接続用の電極を持った半導体素子
と、半導体素子の電極に対応する位置に接続端子をもう
けたサブストレートを準備した。前記銅付きポリイミド
シートの両面の銅表面に耐メッキ液性のあるドライフィ
ルムレジストをラミネートし、マスク露光、ドライフィ
ルム現像、１０μｍ厚の銅パターンメッキ、２μｍ厚の
金パターンメッキ、ドライフィルム剥離及びクイックエ
ッチングの工程により、半導体素子の電極に対応する位
置に両面で相対向する導体端子を形成した厚さ方向導電
シートを得た。この厚さ方向導電シートの導体端子と、
半導体素子の電極、およびサブストレート上の対応する
接続端子とを、各々の電極端子位置を合わせて重ね合わ
せた。次に半導体素子面からヒートブロックで２８０度
に加熱しながら１０kgf／cm²の圧力で加圧して、導体端
子を絶縁性シートの内部に沈めた。絶縁性シートの両面
に対向するように配列形成された導体端子は、各々の面
から絶縁性シートの内部に沈み込み、絶縁性シート内部
で対向する導体端子と接合するとともに、半導体素子の
電極及びサブストレートの接続端子とも接合し電気導通
が得られた。また、半導体素子の表面とサブストレート
の表面の各々は、絶縁性シートが軟化して接着すること
によって強固に固定された。

【００２２】（実施例４）厚さ方向導電シートを使用し
てフレキシブル４層板を製作した。まず、第１層と第２
層の回路を、両面電解銅箔付きフレキシブル基板にスル
ーホール穴明け、スルーホール銅メッキ、ドライフィル
ムラミネート、マスク露光、ドライフィルム現像、エッ
チング、及びドライフィルム剥離の工程により形成しフ
レキシブル回路板１を得た。次いで同様にして第３層と
第４層の回路を形成しフレキシブル回路板２を得た。第
２層と第３層には対向した位置に接続端子を設けた。ま
た、第１層と第４層にはソルダーレジストとして熱硬化
性ポリイミドをコーティングし硬化させた。次いで、ガ
ラス転移温度が１５０度の熱可塑性のポリイミド樹脂か
らなる２５μｍ厚絶縁性シートの両面に、１２μｍ厚の
電解銅箔をラミネートして両面銅箔付きポリイミドシー
トを得た。前記銅箔付きポリイミドシートの銅箔面にド
ライフィルムレジストをラミネートし、マスク露光、ド
ライフィルム現像、エッチング、ドライフィルム剥離及
び無電解はんだメッキの工程により、フレキシブル回路
板１及び２の第２層及び第３層の接続端子に対応する位
置で両面に相対向するように導体端子を形成した厚さ方
向導電シートを得た。この厚さ方向導電シートの導体端
子とフレキシブル回路板１及び２の接続端子位置を合わ
せて積層し、熱プレス装置で２５０度に加熱しながら１
０kgf/cm² の圧力で加圧して、導体端子を絶縁性シート
の内部に沈めた。絶縁性シートの両面に対向するように
配列形成された導体端子は、各々の面から絶縁性シート
の内部に沈み込み、絶縁性シート内部で対向する導体端
子と接合するとともに、第２層及び第３層の接続端子と
も接合し電気導通が得られた。また、フレキシブル回路
板の第２層面と第３層面は絶縁性シートが軟化して接着
することによって固着された。

【００２３】

【発明の効果】本発明の厚さ方向導電シートによれば、
従来の異方導電シートに比べ、狭ピッチ化している半導
体チップとサブストレートとの接続、多層板の層間接続
などの厚さ方向の電気的接続と機械的接続を低コストで
確実に行うことができ、電子機器を小型化することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】縁性シートの片面に導体端子を配列した本発明
の厚さ方向導電シート

【図２】絶縁性シートの両面に相対向するように導体端
子を配列した本発明の厚さ方向導電シート

【図３】絶縁性シートの両面に相対向しないように導体
端子を配列した本発明の厚さ方向導電シート

【図４】本発明の厚さ方向接続用シートによる半導体素
子とサブストレートの接続例

【符号の説明】

１：絶縁性シート ２：導体端子 ３：半導体素子 ４：半導体素子の電極 ５：サブストレート ６：サブストレート上の接続端子 ７：ヒートブロック

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 八月朔日 猛 東京都品川区東品川２丁目５番８号 住友 ベークライト株式会社内 (72)発明者 伊藤 真一郎 東京都品川区東品川２丁目５番８号 住友 ベークライト株式会社内 (72)発明者 浅見 博 静岡県天竜市渡ケ島1521−１ 株式会社ス ミセデバイス内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 接着性を持つ絶縁性シートの片方の表面
   に、導体からなる独立した端子が配列されており、被接
   続体との加熱圧着時に、該絶縁性シートが軟化すること
   によって、上記の導体が該絶縁性シート反対面に達する
   まで沈み込み、該絶縁性シートの反対面との導通が得ら
   れると同時に被接続体との接着が行われることを特徴と
   する厚さ方向導電シート。
2. 【請求項２】 接着性を持つ絶縁性シートの両方の表面
   に、導体からなる独立した端子が相対向して配列されて
   おり、被接続体との加熱圧着時に、該絶縁性シートが軟
   化することによって、上記の相対向して配列された導体
   が、該絶縁性シート内部に各々両面から沈み込み、該絶
   縁性シートの内部で接触する事によって導通が得られる
   と同時に被接続体との接着が行われることを特徴とする
   厚さ方向導通シート。
3. 【請求項３】 接着性を持つ絶縁性シートの両方の表面
   に、導体からなる独立した端子が相対向しないように配
   列されており、被接続体との加熱圧着時に、該絶縁性シ
   ートが軟化することによって、上記の導体が該絶縁性シ
   ート反対面に達するまで沈み込み、該絶縁性シートの反
   対面との導通が得られると同時に被接続体との接着が行
   われることを特徴とする厚さ方向導電シート。
4. 【請求項４】 導体端子の厚さが絶縁樹脂層の厚さの
   ０．７〜１．５倍の範囲であることを特徴とする請求項
   １又は請求項３記載の厚さ方向導電シート。
5. 【請求項５】 相対向した導体端子の厚さの合計が絶縁
   樹脂層の厚さの０．７〜１．５倍の範囲であることを特
   徴とする請求項２記載の厚さ方向導電シート。
6. 【請求項６】 絶縁層の少なくとも片方の面に導体層を
   形成する工程、導体層のみを選択的にエッチングして所
   望する配列に独立した導体端子を形成する工程を具備し
   たことを特徴とする厚さ方向導電シートの製造方法。
7. 【請求項７】 絶縁層をシート状に形成する工程、該絶
   縁層の少なくとも片方の面に薄膜導体層を形成する工
   程、該薄膜導体層上に選択的に電気メッキを施し所望す
   る配列に導体端子を形成する工程、表面にメッキが施さ
   れていない薄膜導体層をエッチングして除去し導体端子
   を電気的に独立させる工程を具備したことを特徴とする
   厚さ方向導電シートの製造方法。
8. 【請求項８】 導体層が圧延銅箔もしくは電解銅箔であ
   る請求項４記載の厚さ方向導電シートの製造方法。
9. 【請求項９】 請求項６又は７記載の製造方法で得られ
   る厚さ方向導電シートの導体表面に第２の導体層を形成
   する工程を具備する厚さ方向導電シートの製造方法。
10. 【請求項１０】 請求項６、７又は９記載の製造方法で
    得られる厚さ方向導電シートを加熱加圧して導体端子を
    絶縁層に埋設する工程を具備する厚さ方向導電シートの
    製造方法。